CN114746610A

CN114746610A - 用于支承海上设施的结构和实施方法

Info

Publication number: CN114746610A
Application number: CN201980102942.1A
Authority: CN
Inventors: I·科比安巴贝; C·阿科斯塔古铁雷斯; J·M·贝伦格尔佩雷兹
Original assignee: Berry Marine Ltd
Current assignee: Berry Marine Ltd
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2022-07-12
Also published as: ZA202206492B; WO2021094630A1; US20220380006A1; AU2019474268A1; JP2023509095A; EP4060123A1; KR20220095226A; EP4060123A4; BR112022009106A2

Abstract

本发明涉及一种用于支承风力涡轮塔架(1)的结构(2)，该结构设置有用于将塔架(1)的底部安置在其中的壳体(7)、在平台(2)上限定的与塔架(1)的主轴线重合的主轴线(Γ)，并且包括具有恒定横截面的主体和由垂直于内部壁(8)的其平面穿过主轴线(Γ)的内部径向肋(11)连结的内部壁(8)和中间壁(10)，使得在中间壁(10)处，第一连结节点(12)限定在中间壁(10)和径向肋(11)之间，中间壁(10)和外部壁(9)由网状肋(14和15)连结。该结构提供了最佳的力传递。本发明同样涉及用于制造、组装和安装该结构的方法。

Description

用于支承海上设施的结构和实施方法

技术领域

本发明属于海上结构领域，属于海上环境中的建筑和设施的构建和实施。更具体地，其涉及一种浮动结构和其用于构建、组装、调试和拆卸海事结构的方法。

背景技术

在本文件中，将对关于上述类型的海事混凝土结构的方法进行参考，而不意味着在基部尺寸、塔架的尺寸(或没有塔架)和形状(三角形、矩形、六边形、多边形、圆形或叶状)方面对本发明的范围的限制。此外，其可适用于半潜式、立柱式(spar)和TLP浮动平台，并且其甚至可适用于尽管通过浮动移动但最终位置在海床上的平台。

本发明的目的是一种高性能浮动平台和一种创新且有效的构建、组装和调试系统的描述，该系统需要相当大的成本节约、与现有平台相比短得多的实施时间和最大的安全性。

关于本文件中使用的术语，重点强调如下术语的等同性：平台、结构和基部；以及如下术语的等同性：壁、面、栏(enclosure)、肋。

近年来，植入海上环境中的海事结构经历了显著的增长，尤其由于开始从北欧传播遍及世界的离岸风能的巨大繁荣。

当离岸风能的成本低于由其它手段产生的成本时，将出现该增长过程的顶点，并且该目标近在咫尺。

基本上，所有大型风力涡轮制造商都在开发高功率模型(10、12，甚至15MW)，这需要在其尺寸上、和在它们在支承它们的海事结构上执行的动作上的显著增加。

然而，该功率上的增加恰恰是对于能量成本上的下降的关键点，因为它使每安装MW的基部和设施成本的影响低得多。

因此，目前存在开发所述平台同时遵循工业化过程的重要技术挑战，该过程允许在非常不同的位置密集地构建平台，其中优选地使用当地手段(local means)，并在所需的时间内降低与它们的调试相关的物流成本。

这意味着要克服随着待支承的新风力涡轮的大量增加而出现的各种问题，诸如：

1. 需要一种可复制的构建系统，其能够构建占据直径大约为50米的区域的大型平台，并且其最终必须通过一些辅助手段浮动。目前，基本上不存在已经建造的手段允许进行这项任务，因为所有这些设施都准备用于制造具有明显大于其最大宽度(beam)的长度的船舶，其几乎从未超过40m。此外，它们是稀缺和昂贵的手段，当风电场需要大量生产时，这将造成主要瓶颈。

2. 面对新的大应力，需要已构建的结构具有高的结构强度、疲劳强度和抗冲击性与低的维护和极好的耐久性。因此，构建系统必须为结构提供高度的紧凑性和整体性，这几乎不能利用预制系统确保，预制系统的连结部是可能的故障的潜在来源。

3. 海事结构必须对它将经受的新的主要动作提供充分和有效的响应，但又可以容易地拆卸。

结构必须产生较大的恢复力矩，其使静止倾斜角在服务阶段最小化，但在涡轮中具有较低的加速度。这也需要一个固有重型结构，其不需要附加的固体压载，并且因而允许其在必要时被转移回港口。

以低成本实现如此大的重量的最适合的方法是通过使用遵循港口沉箱构建技术的钢筋混凝土，该港口沉箱构建技术在西班牙已经被广泛地开发和使用，具有出色的成本和效率结果。最大的困难是，由于其大小，其不能在任何现有的浮动船坞处进行。

4. 海事结构必须完全在港口中构建和组装，并且由拖船运输到其服务位置。这代表了成本上显著的降低，因为它不需要对于大型新风力涡轮的离岸安装所需要的昂贵且稀缺的辅助手段。该构建方法必须能够在低吃水的情况下进行，以便能够在绝大多数现有港口中进行，并且因而能够分配生产并使其更接近安装地点。

用于支承风力涡轮的浮动结构的设计和制造目前基于石油和天然气工业开发的技术。以这种方式，如上所述，可以区分三种主要类型的平台：半潜式、立柱式和TLP。这三种类型对应于用于稳定结构抵抗外部作用(风、波浪和海流)的三种系统：

- 浮力稳定

- 压载稳定以降低重心

- 通过系泊绳索的稳定

大多数具有浮动混凝土体的平台基本上是圆形棱柱，其具有来自与风力涡轮的轴重合的核芯的径向内部壁。由于其大尺寸，它们通常由预制元件构建，主要是在干船坞中。除了构建这些设施所涉及的大量成本外，它们还有两个所提出的解决方案不具有的重要缺点：

- 预制件之间的连结部不是整体的，并且因此在特殊状况下容易故障。

如果发生漏水，基部的很大一部分将被淹没，可能会使其处于危险中。

由于该构建系统，所提出的结构是完全整体的，并且如果发生非常严重的事故，由于构成外部单格(18)的双重外壳(图2a和图2b)，只有周边的小单格会被淹没。

- 专利US9120542描述了一种环形浮体，其中风力涡轮偏心地布置在其一侧上。该解决方案在技术上是非常有效的，但在实施时其具有极大的结构困难。

环形形状导致位于其一侧上的风力涡轮显著弯曲侧臂上的结构，侧臂上的结构如果由混凝土制成，则将在其上部面上开裂，从而恶化并降低其使用寿命。为了避免这种情况，除了需要大量的钢材(高达400kg/m3)外，还必须布置后张紧线缆以对结构在其上部部分中进行压缩。

另一方面，塔架通过螺栓连接到混凝土结构的上部面，螺栓需要重要的锚定件来局部传递由风产生的整个弯矩。

这所有都转换为高成本的混凝土结构，其具有大量的增强件、较长的构建时间和由于应力集中导致的疲劳问题。

相反，正如已经看到的那样，所提出的解决方案几乎没有弯曲力，并且没有任何类型的应力集中的情况下分配载荷。图2a和图2b示出了本发明如何通过面的分配均匀地转移塔架的力，首先通过径向面，并且然后始终通过到达周边的三个更小的面。

环的内部池具有问题，即其几乎不截留其中所包含的大量水，也不截留其下方的大量水。另一方面，所提出的发明的巨大优点是其截留两者，因而显著地延长了所有振荡周期并减小了加速度。

- 专利WO2009131826描述了一种金属浮体，该浮体由三个塔架构成，其具有升沉托架，通过连接臂连结，主动压载的转移通过连接臂循环以使其稳定。这确实是当今测试最多的解决方案，其具有良好的效果。然而，所提出的解决方案有极大的改进：

- 对于构建其所需要的钢的成本是提案中成品混凝土的成本的两倍多。

- 构件的疲劳、尤其塔架和连接臂中的疲劳，与提案中的紧凑混凝土件缺乏的疲劳相比非常高。

- 在转移压载时必须减少能量生产，并且在提案中，其始终是可以获得的最大值。

- 被截留的水在升沉托架下进行，而在提案中，其在基部的整个表面上和中心单格中实施。

- 该结构需要对浸没的金属元件和装备进行维护，而在本发明中，这是不需要的，因为所有东西都在甲板上的地面上方。

专利WO2014031009和WO2014177729至少在其构造方案中的某些中由空心混凝土体构造，空心混凝土体通过也是空心的臂连结在一起，并且水通过该臂从一个通到另一个。鉴于其较低的初始吃水，如以前的专利那样，这些解决方案可以与完全安装的风力涡轮一起拖曳，并且具有简单的安装系统，因为它们仅利用水进行压载。由于稳定转矩比最大产量时的倾翻转矩更低(超过提案的一半)，因此必须使用主动系统用于在通常的电力生产损失的情况下将压载从一些主体转移到其它主体。

然而，两种解决方案中最大的问题涉及当在混凝土中进行构建时的构建。一个和另一个两者都需要实施不可能同时实施的不同的空心体。已经提出用于通过与后张紧复合体连结的件(塔架和浮桥)实施的解决方案，从而精确地集中有最大应力的地方产生一系列的连结部。这导致结构要求大量的维护且承受大量的疲劳。

所提出的解决方案解决了混凝土中的该问题，构建了紧凑的件，其没有突出的元件并且具有空前的强度和耐久性。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提出了根据权利要求1至16中任一项所述的结构和根据权利要求17至22中任一项所述的方法。

所提出的结构属于“半潜式”类型，具有浮力稳定性；然而，它也可以用作立柱式。该后一种选择将需要固体压载用于其安装，使得如果完全可行，其卸载将更加复杂，并且不像仅利用水进行压载的半潜式结构那样直接。也可以用作TLP式，但不作为优选构造方案。

为此，本发明由混凝土结构构成，其构建基于在西班牙广泛使用的用于构建船坞和码头的港口沉箱技术。这些结构是基于重力的结构，在浮动船坞(通常称为“沉箱设备”)上制造，其通过浮动被运输到其服务地点。它们是大型钢筋混凝土结构，通常呈平行六面体，其内侧由一系列形成单格的竖直面构成，以减轻其重量并为组件提供浮力。其建造是非常通用的，通过滑动模板技术，其允许连续且非常有效的生产，并且在其构建时直接浮动。

所提出的结构设计成使得当其在沉箱设备中构建时获得最大的性能和最小的成本(尽管也可以在干船坞中或在码头上的固定平台上构建它，而没有这些优点性能)。

其具有以下特征：

1. 最佳结构系统

a. 极好的坚固性和对可能的意外事件的抗性

采用布置在沉箱设备中的滑动模板的方法的优点之一是在构建中实现整体性。除了能够将其压紧并保证其与上一层在完美的条件下连结，还使用能够将其以小层放置在模板中的优点，从而移除混凝土连结部。

此外，这种类型的构建允许制造具有许多分配负载的面的非常刚性的结构。

通过所有这些，实现了对大气条件和冲击有很大抗性的结构，尽管在非常特殊的漏水情况下，它将仅淹没较小的单格，而对组件的稳定性几乎没有任何影响。

相反，在目前市场上设计的混凝土浮动平台解决方案中，为了实现在与沉箱设备的性能稍微类似的性能，使用预制元件，其连结部容易故障，并且在这种情况下可引入的水会严重损害结构的完整性。

b. 应力最小化

基于对港口沉箱如何工作的广泛了解，所提出的浮动结构设计成充分利用其特性。

尽管它将受到极大的力和它必须补偿的由风力涡轮传递的重大力矩，但整个结构的混凝土几乎没有经受弯曲。结构上的主要应力是压缩。这是通过其恰好的几何形状和构造实现的：

- 风力塔架不经由具有螺栓的板与平台连结(这将所有扭转集中在该区域)，而是经由简单的连结部将其转化为平台上部部分和下部部分处的压缩，使得应力不会集中在一个点处，而是以类似于在合格地面上打桩的方式分配遍及嵌入物。

为此，简单地将风力涡轮塔架插入到由结构留下的中心孔中，其全部高度进入，直至它搁置在下部板上，并利用灌浆填充它们之间的间隙。以这种方式，它就像在最佳地形中打桩一样工作，使得它需要非常小的驱动深度，而沉箱的可用高度足以保证稳定性。

中心混凝土柱体的壁不会吸收由塔架传递的压力，而是将由加固其的大径向壁和非常厚的上部板和下部板来分配。

- 由平台中所使用的所有混凝土和增加的水压载(约36000t)提供的极大的重量，以及在7和10m之间的稳心高度，实现了极大的恢复转矩，使其能够面对环境的最大作用。其它不太重的解决方案必须将稳心高度提高到15m以实现更小的恢复转矩。

稳心高度不过大(小于10m)的事实是重要的，因为除了减少涡轮中产生的加速度之外，它还使结构重量的力和水推力的分离非常小(针对5°倾斜约0.8m)，并且因此几乎不会在结构中产生任何弯曲力。

另一方面，市场上的其它解决方案，由于其较大的稳心高度，使这些力相距更远，并且因此它们产生了显著的弯曲应力，其必须通过后张紧线缆或通过使用更大量的钢来补偿。本发明显然是具有较低的弯曲应力的半潜式平台。

- 风力涡轮在平台的中心中的布置(与先前提到的塔架偏离中心的情况不同)大大降低了其基部所经受的弯曲力。

- 由系泊绳索施加在结构上的力由三个较大的主要径向筛直接吸收和分配(图28)，而不使应力局部集中。尽管在所指示的图中，系泊点位于面的上部部分上，但根据应用构造方案，它们也可以位于中间高度处、甚至在下部板的水平处，具有相同的导出性能。

- 结构的外部跨距仅大约为四米，壁厚度为50cm，使得在相同结构上可能出现的弯曲非常小。

所有这些都导致了如下结构，其具有很好地分配负载的许多壁，这要求很少的组装，并且没有疲劳作用所在的应力集中点。

c. 极好的耐久性和低维护

混凝土结构在海上环境中的最大危险之一是开裂，其能够增加加强件腐蚀的风险。

当还受到波浪和风的周期载荷时，可能会发生疲劳，这增加了由于其细长而暴露更多的单格中的问题，诸如悬臂、突出物和塔架。

在本发明中，开裂非常低，因为混凝土大部分是受压缩的。因此，由于几乎没有加强在混凝土中的低应力和集中，维护几乎为零。

此外，其服务位置中的结构仅利用水进行压载。这使能够容易地排空用于转移回港口和用于在岸维护。此外，设置有“即插即用”系统用于系泊和电连接，使得该过程可以非常容易地进行。

d. 极好的实施速度

沉箱设备结构的制造是具有良好验证的物流的高度测试技术。能够在仅7天内制造20000t件。

沉箱设备船坞被运输到需要它的地方，并且可以安装在不干扰港口日常活动的地方中。因此，它是非常通用的，并且可以用于几乎所有类型的港口。

所有这些都意味着在创纪录的时间内的高质量的实施，尤其在大型结构中。

2. 大量在移动中截留的水

本领域的技术人员知道，为了使涡轮加速度最小化，浮动结构必须在其移动时截留大部分周围的水，以便增加组件在起伏中和在俯仰/滚动中的惯性。这种惯性上的增加增加了其振荡周期，使得桅杆头部处的加速度减小。

许多现有的平台已经包括起伏板，其由悬臂组成，该悬臂与结构毗接，并增加了在其移动中被截留的水。这是相当有效的解决方案，但它被限制于悬臂的宽度，该悬臂经受了对其结构造成显著疲劳的显著的周期作用。

本发明设计成截留尽可能多的水，其包括在其中心区域(52)上具有穿孔的较大的下部板(图7)，使得它在其下部面和上部面两者上都截留水，因为穿过间隙的流动速度比组件的移动慢得多。

一方面，该下部板围绕基部(53)向外移动大约两米(图7)，这构成了非常有抗性的起伏板，类似于其它解决方案。但最重要的方面是，由下部板的组件所截留的巨大体积的水相当于其上内接的圆半径的半球，并且连接到外侧的中心单格内的水。这整个体积需要结构的质量增加其排水量的1至2倍(取决于其周边的形状)，即相当于平台的质量是其原始质量的两倍或三倍。

另一方面，使用通常由三个塔构成的起伏板的现有解决方案只能将其质量增加其排水量的0.5至0.8倍，因为它们没有连结它们的较大的下部板，也没有经由间隙连接到外侧的内部单格。

3. 低吃水

所提出的平台连同支承它的上部结构(风力涡轮)具有初始吃水(约10m)，这显著增加了靠近用于其构建的实施地点的码头的可用性。

这允许完整的在岸设施可以在竖直位置执行和拖曳到其位置，从而具有极好的船舶稳定性、其来回摇晃的高自然周期和对排水的低抗性。

该结构的调试过程通过利用海水压载其单格来简单地进行，而不需要任何额外的手段或大容量的特殊辅助船只或结构本身之外的浮动元件。

用于在港口进行更好的维护的断联过程是完全可行的，因为鉴于它只是为了调试利用水进行压载，从而反转由填充泵进行的过程，恢复10m的吃水是足够的。

4. 大恢复力矩

由于平台质量大、具有约为30000t的排水量和约为9m的较高的稳心高度(根据不同备选方案略有不同)，它提供了25000tm的大恢复力矩，这需要5°的静态倾斜角用于10MW的风力涡轮，而不需要使用可变压载来改善它。该恢复力矩是能量生产的关键，并且在本发明中，它是通常具有7000至14000tm的其余的浮动解决方案的两到三倍。

应该注意的是，所提出的结构的排水量是其余现有平台的至少三倍(它们通常在8000至10000t之间)。这种重量上的显著增加是特别由于它使用钢筋混凝土沉箱制造，这达成以低成本生产高质量结构。由于其成本，在钢中实现类似的排水量是不可行的，并且在混凝土中制造的其它现有解决方案由于开裂而具有显著的构建和耐久性问题。

5. 增加的能量生产

由于在11m/s的风的情况下、也就是当在10MW的涡轮中施加最大倾翻转矩的时候，平台倾斜小于五度，因此，涡轮的能量生产在任何时候保证处于全负荷状态。

具有三分之一到两分之一的恢复转矩的其它解决方案必须减少能量生产，以减少风力，直到水从一些塔转移到另一些塔并因此补偿将发生的过度倾斜。每次风有显著变化，这个过程将花费大约半个小时，使得生产受影响。在故障时或在系统维护期间，将必须完全中断。

所提出的解决方案也可以使用这种可变压载系统，不仅可以避免过度倾斜，而且可以迅速将其减小到最小。这使得能够充分利用小于11m/s吹动的风的能量，并且因此显著增加了产生的MWh。

以这种方式，如图29中所示，每转移170m³的水，它们就会扩大7000tm，足以优化产量。这针对布置在一个顶点(44)处的单格在水柱高度上带来约两米的增加(图29)，并且针对在另外两个顶点处布置的单格的水柱高度减少一米。这一过程将大约花费10分钟使用两台500m³/h的泵。

端部单格之间的水转移通过泵激活的管道(41)(图23)进行，所述泵留在甲板上用于检查和维护。

6. 所有装备的可接近的维护

如以上描述的水转移情况，平台上所有可维护的设施(系泊系统、电系统、传感器、管道、泵、控制系统等的连接)都在甲板水平处，始终高于海平面。

没有金属结构保持被浸没并因此需要维护，并且此外，甲板上存在足够的空间来支承任何类型的机械，其有助于维护将始终在地面上方的风力涡轮塔架或上部结构。

7. 低成本

沉箱混凝土浇筑是目前用于风力和港口基础设施的构建的最现代、最高效、最环境友好的技术。这本身就带来环境的改善，而且还意味着可能的纠正措施的节省。

消耗更少的原材料资源，其取决于每个主体的特征，可以导致50%的节约。

实施速度不仅意味着节省时间和资金，而且还代表污染物质相对于传统技术显著减少。

所提出的结构的低加强和其快速实施代表与其它类似金属结构相比高于50%的成本降低。

所提出的构建系统由两种方法组成，在创建少量单元和在大量生产两者中都带来了巨大的节约。

以上描述的特性克服了由上述的现有技术的平台所呈现的缺点。

本发明由两个部分组成：结构的限定和构建、组装和调试过程，在关于本发明的优选实施例的部分中讨论的方面。

附图说明

图1a示出了根据本发明的结构的透视图，该结构由单个沉箱组成。以下列表包括了该件的基本元件：

1. 上部结构(通常是风力塔架)

2. 基部

3. 构成基部的结构(沉箱)

4. 沉箱的下部板

5. 沉箱的面

6. 上部板

7. 用于将塔架的底部安置在其中的壳体。

图1b示出了根据本发明的结构的透视图，该结构具有相同的基本元件，除了基部由三个沉箱而不是一个沉箱构成之外。

图2a示出了由单个沉箱构成的本发明的平面视图，其中示出了所提出的结构系统和由风力涡轮传递的载荷的分配。其由以下元件构成：

8. 内部壁

9. 外部壁

10. 中间壁

11. 径向肋

12. 第一连结节点

13. 网状结构

14. 第一网状肋

15. 第二网状肋

16. 第二连结节点

17. 内部单格

18. 外部单格。

图2b示出了由三个沉箱构成的本发明的平面视图，其中示出了所提出的结构系统和由风力涡轮传递的载荷的分配。其由相同的元件构成，除了：

19. 沉箱之间的连结壁

20. 各个沉箱的网状结构

8bis. 中心壁区段

9bis. 外部壁区段

10bis. 中间壁区段。

图3a示出了由单个六边形沉箱构成的本发明的平面视图，其中示出了所提出的结构系统和由风力涡轮传递的载荷的分配。其由与图2a相同的元件构成。

图3b示出了由形成六边形基部的三个沉箱构成的本发明的平面视图，并且其中示出了所提出的结构系统和由风力涡轮传递的载荷的分配。其由与图2b相同的元件构成。

图4a示出了本发明的横截面视图，其中示出了结构的调制，并且呈现了具有长度为7A的三个边和长度为A的另外三个边的倒角三角形基部。

图4b示出了本发明的平面视图，其中示出了结构的调制，并且呈现了具有长度为7A的三个边和长度为A的另外三个边的倒角三角形基部。指示了三个高刚性径向壁的布置结构，在由三个沉箱构成的情况下，这三个径向壁是双重连结壁54。

图5示出了本发明的平面和横截面视图，其中示出了结构的调制，并且呈现了具有长度为3A的六个边的六边形基部。

图6示出了指示可增加以形成塔55的外部单格的透视图。

图7示出了两种构造方案中的平台的底部透视图，其中以下元件突出：

50. 上部板中的用于插入塔架的底部的开口

51. 上部板中的位于中心单格的中心中的开口

52. 单个沉箱或三个沉箱的下部板中的位于中心单格的中心中的开口

53. 由下部板的延伸形成的震动吸收突片。

图8示出了具有直径为6A的圆形形状的本发明的备选方案的平面视图，其中示出了结构的调制。

图9示出了具有测量为5A的边的倒角方形形状的本发明的备选方案的平面视图，其中示出了结构的调制。

图10示出了具有三个增加的圆形单格56的本发明的基部构造的平面视图，所述圆形单格用于支承需要更多支承件的建筑、变电站或其它设施。

图11a示出了“沉箱设备”浮动船坞的透视图，该浮动船坞特意为了一件式构建平台而构建。

图11b示出了一件式构建平台的透视图，该平台已经有足够的干舷，从已经浸没的浮动船坞中解脱。

图11c示出了将平台构建成单个浮动件的透视图，其中在滑动模板上继续浇筑混凝土。

图12示出了通过“沉箱设备”浮动船坞将平台构建成三个件的透视图，其中三个件中的一个已经完成，正在浮动。

图13示出了准备用于沉箱的连接的构成结构的沉箱中的一个的透视图。其由以下构件组成：

21. 用于连结线缆的嵌入护套

22. 侧孔

23. 缓冲并使沉箱之间的连接水密的防水连结部

24. 加强筋。

图14示出了已经连结的三个分段和未分段的沉箱的透视图，指示了空心的、优选地钢制的柱体25的布置结构，以及其对应的封闭件26的布置结构，该封闭件可以是任何类型，诸如盖、闸门、蝶阀或类似物。

图15示出了三个沉箱的连结过程的透视图，其中示出三艘拖船靠近沉箱，同时牵拉先前插入在端部的护套中的线缆。

图16示出了规则化灌浆27的透视图，该灌浆在利用先前安装的防水带形成的、位于沉箱之间的腔室中进行。

图17示出了将销28插入到连结壁的孔中的示意性透视图。

图18示出了三个连结的沉箱的透视图，其中圆形下部板29的混凝土浇筑区域突出。

图19示出了三个连结的沉箱的透视图，其中放置了待安装用于填充和排空单格的内部管道30。

图20示出了整个基部的透视图，其中呈现了以下元件：

31. 用于沉箱的上部部分的预板用于其随后的混凝土浇筑

32. 空气出口管道和阀

33. 压载水管道

34. 用于系泊绳索的锚定件

35. 上部板的混凝土。

图21示出了显示上部结构(风力塔架)(36)如何安装在已形成的中心间隙中的透视图。

图22示出了透视图，其中示出了在中心圆形单格和上部结构37的轴之间留下的空间的灌浆。

图23示出了透视图，其中示出了由以下元件构成的压载系统：

38. 外部水入口

39. 分配环

30. 用于单格压载的具有阀的管道

40. 泵

41. 用于主动压载系统的管道

42. 可调整空气出口

43. 用于下部水连接的滑动闸门。

图24示出了显示压载系统的横截面视图，其中下部间隙的闸门关闭。

图25示出了显示压载系统的横截面视图，其中当中心单格的水平与外侧重合时，下部间隙的闸门打开。

图26a示出了显示气动阻尼系统的透视图，其中反映了当平台处于波浪峰时内部单格的构造。

图26b示出了显示气动阻尼系统的透视图，其中反映了当平台处于波浪谷时内部单格的构造。

图27示出了透视图，其中呈现了平台的移动(虚线)相对于波浪的剖面(灰色区域)的减少。

图28示出了其中平台以服务状态呈现的透视图。

图29示出了平面和横截面视图，其中呈现了用于可变压载系统44的单格的位置。

具体实施方式

A. 结构的描述

本发明是一种用于在海上环境中实施建筑、设施和风力涡轮的浮动结构，其通过以下两个主要特征区分：

- 结构系统，其易于制造，完全安全，高抗性，具有非常低的弯曲应力、低疲劳和良好的耐久性；

- 特殊的水动力操作，该操作捕获大量周围的水，并且转换为用于风能生产的最佳性能。

该浮动结构由基部2组成，该基部由呈棱柱形状的一个混凝土结构(图1a)或三个的混凝土结构(图1b)形成，也被称为“沉箱”，沉箱由外部竖直面和形成单格5的内部竖直面的内部图案构成，沉箱在底部4处和在顶部6处由板封闭，并且使用浮动船坞(“沉箱设备”)构建，这是在船坞和码头的实施中广泛使用且经证明的方法。沉箱设备构建允许快速且容易地实施结构并且还在过程结束时使其浮动。

以这种方式构建的沉箱围绕其整个周边封闭，是整体式的，单独具有良好抗性，并且在减少吃水的情况下稳定地浮动。

任何熟悉港口构建的人都知道这种类型的结构是什么样的、以及它们如何构建，其通常具有规则布置的矩形或圆形内部单格。然而，本发明包括针对其将经受的使用的特定设计，该设计显著地改善了其操作性能、抗性和耐久性。

当限定支承强力风力涡轮的浮动混凝土平台时，最大的结构问题之一是分配所传递的巨大的力而不将应力集中在基部的任何点处，其中必须大大增加加强件，并且其中将确定具有高度疲劳和开裂风险的点。

代替提出通过一系列连接螺栓将塔架连结到上部板(如通常所做的那样)，这将在该区域集中应力，本发明提出将风力涡轮1的轴完全插入到中心单格7中直至平台4的下部板(图1a)。因此，其包括将由风力涡轮的轴对中心单格的壁施加的由风产生的力直接传递到非常大的径向筛11(图2a)，其又被分配在非常有抗性的周边上，该周边由形成等边三角形栅格13的更小的筛的网格形成。以这种方式，结构的任何部分都不会应力过大，这意味着安全性和耐久性。

为此，本发明在其优选的构造方案中由具有规则和不规则两者的六边多边形布局的基部组成，并且由内部竖直面形成的单格具有以下特征：

- 基部的周边由等边三角形15的网格构成，并且在基部的外侧具有边的三角形被垂直于其中点14的另一个竖直面划分。

- 在基部的中心存在大的圆形单格8，该圆形单格将允许其支承由上部结构(主要将是风力涡轮)传递的力。

- 通过连接以上描述的两个区域，布置了径向面11，该径向面将中心单格与周边上的三角形中的每个的内部顶点连接。

图2a和图2b示出了所提出的结构系统的实质，其中载荷遍及结构以分支的方式分配，而不存在任何不分支的节点。其由以下元件构成：

- 内部壁8，其限定用于将塔架的底部安置在其中的壳体

- 外部壁9，其限定主体的外周边

- 中间壁10，其布置在内部壁和外部壁之间

- 内部径向肋11，其将内部壁与中间壁连结在

- 第一连结节点12中

- 初级网状肋14，其将第一连结节点与外部壁垂直地连结

- 次级网状肋15，其将第一连结节点与外部壁斜向地连结在

- 第二连结节点16中，它们之间的距离是调制结构的距离A(图4b和图5)。

图2b和图3b示出了本发明中由三个沉箱组成的系统的实质。其由相同的元件构成，除了：

- 旨在附接沉箱的连结壁19

- 中心壁区段(8bis)

- 外部壁区段(9bis)和

- 中间壁区段(10bis)。

在这两种情况下，内部壁8构成用于塔架7的底部的壳体，在优选的构造方案中，该内部壁将是柱形的，因为它是支承风力涡轮所需要的，但它通常可以具有任何其它基于多边形的棱柱形状，以容纳用于其它类型的设施或建筑的其它类型的支承件。

先前描述的壁和肋构造可分类为内部和外围的单格：

- 内部单格17是由至少一个内部壁区段、两个径向肋和一个中间壁区段形成的单格。

- 外围单格18是所有非内部的其它单格，并且通常由外部壁区段、第一或第二网状肋和中间壁区段构成。

周边上的等边三角形的网格形成了平台的高抗性封闭件。它还构成了双重安全外壳，使得任何可能由意外冲击产生的漏水将仅淹没非常小的单格，而对于整体没有任何影响。

还可以看到，该系统对于目前朝向结构的内部传递波浪和流的力又是最佳的，从而抵抗它们而不集中。所述网格的外部跨距大约为4m，厚度至少为50cm，远小于其余现有混凝土平台的外部跨距，其通常为8m或更多，厚度约为40cm。该显著差异转换为更低得多的弯曲应力、更大的抗性和更少的加强件。

可以认为该特征不是优点，因为其它平台可以通过简单地引入更多的面和增加厚度来做同样的事情。但在这种情况下，不会在其它解决方案中实施，因为会使它们增加太多重量，以至于它们会失去稳定性和所有其它船舶性能。

这意味着，由于所提出的分支构造并且由于本发明的体积和重量的总体设计允许，它是可能的。

由等边三角形的网格形成的基部的周边以参数“A”形成六调制边多边形，参数“A”为每对连续次级节点之间的距离：

- 如果三条边具有长度A，并且其它三条边具有nA，则结果是如图4b中那样的倒角三角形。

- 如果六条边等于长度nA，则它是如图5中那样的正六边形。

只要维持上述结构，边的任何其它配置都是可能的。作为参考，可以指示模数A可以在6与14米之间变化，并且基部的边是A的1到10倍。

结构设计的另一个重要方面是将顶点与中心核芯连结的三个高刚性的径向壁54(图4b)的布置，以利用低应力结构实现对其将受到的大动作的特殊抗性。

如所描述的那样，该平台可以由一个或三个件构成。在后一种情况下，其连结壁将将正好是三个较大径向壁54(图4b)。这完成了三件事：

- 双重壁是具有至少1m的“支撑”厚度的较大壁，并对结构具有特殊的刚度，从而使其疲劳最小化

- 在沉箱之间存在较大接触表面，以在连结中实现完美的整体性

- 系泊系统可以附接到其并因此分配而不影响结构的其余部分(图22)

为了捕获大量周围水的特殊水动力操作，在下部板中、在中心单格25的中间中制作了一系列穿孔(图14)并且在上部板42中制作了压力控制阀(图23)。

如已经指示的那样，几乎所有现有的平台都具有起伏板，因为它是有效的系统用于截留尽可能多的水并因而优化其操作，但它只在塔架中和在基部的周边上局部地使用。本发明的优势之一恰恰是将平台设计为巨大的起伏板，该起伏板截留大量下部的水和大量上部的进入中心单格和周边板的路径的所有东西。

此外，中心单格中的下部间隙的开口导致在平台的稳心高度方面增加约一米(从8.50m到9.47m)，并且当外部水进入时，浮动表面降低。所有这些都转换为对于风能生产的更大稳定性和最佳性能。

此外，它还可以包含可选的系统、气动阻尼系统，这实现进一步改善平台的性能，这在非常强大的海洋中是非常令人感兴趣的：

气动阻尼系统包括通过压力控制阀42(图23)的被动或自动激活来限制内部单格的空气入口和出口，从而相对于海平面移位内部单格的水平。

a) 当平台处于波浪峰(图26a)上时，中心单格具有较低的水平，因为其内侧的空气出口的限制减缓了其填充。这意味着在结构的提升方面以及因此在加速度方面的显著降低。

随着时间的推移，中心单格继续填充，但与波浪的相位不一致。

b) 当平台处于波浪谷(图26b)中时，中心单格已经被填充，并且已经几乎无法开始排空，因为空气的入口已经被阻碍。这意味着在结构的下降方面的显著降低。

根据波浪条件，空气的入口和出口可以保持恒定，或者可以通过优化其操作的控制系统来调节。

图27示出了平台移动(虚线)上相对于波浪的剖面(灰色区域)的降低。

本发明可以提供其它构造方案，其尽管具有非常相似的特性，但将允许其适应于非常不同的场景和构建的技术手段：

- 一些外围单格能够上升到基部的甲板的上方，从而形成进一步增加稳定性的塔。它们并不总是必要的，因为利用基部构造，所有要求的标准都被充分覆盖，并且具有如下缺点：缺乏一个大的有用的甲板用于维护，因为在这种情况下，只有塔将显露。然而，结构解决方案和水截留以相同的方式工作，并且甚至排开的水的体积可以更大，并且因此具有更低的加速度。

图6示出了三角形的周边网如何允许塔55的构建。如已经指示的那样，优选的构建在沉箱设备中具有滑动模板，并且其构建将没有任何复杂性，因为只需要继续对对应于所述塔的面浇筑混凝土。

- 平台也可以有圆形布局，其具有先前限定的相同特征，但具有类似于等边三角形的周边三角形，外部和内部边呈圆弧形状(图8)。

- 平台也可以有方形布局(具有倒角的角部)，其具有先前限定的相同特征，但在这种情况下，划分为四个棱柱形的混凝土结构(沉箱)而不是三个，并将通过其对角线进行划分(图9)。

- 该结构除了具有中心圆形单格外，还可以具有另外三个更小的单格，它们规则地分配并具有先前限定的相同特征，以能够容纳上部结构的其它支承件(图10)。当待支承的结构不是风力涡轮而是建筑、变电站或任何其它类型的设施时，这些支承件将是必要的。

- 另一种选择是，该结构一旦通过浮动拖曳到服务区域，就完全利用海水进行压载以搁置在海床上。

- 当不可能存在具有足够尺寸的沉箱设备浮动船坞用于平台的构建时，可以使用预制元件或利用滑动模板在具有下水系统的码头上或在能够容纳构建的干船坞上构建。

可以用于评估船舶稳定性及其对于能量生产的适宜性的一些数值是：

- 初始稳心高度=9.47m

- 排水量=29734t

- 5°的恢复转矩=24541tm

- 10°的恢复转矩=48896tm

- 20°的恢复转矩=63333tm

- 每170m3的转移水膨胀=7000tm。

考虑到由风力以最大能量生产施加在10MW DTU涡轮轮毂上的水平力为150t，这将导致18000tm的失稳力矩，这可以让人了解平台将经历的小倾斜和因此巨大的能量生产。

B. 构建、组装和调试方法的描述

所提出的构建系统由两种方法组成：

方法1：“一件式构建”。

当涉及大约700-1000MW的风电场的大型生产时，其中在构建基础设施方面的初始投资被划分为许多单元，利用这些用于整个平台的连结构建的不寻常的尺寸构建特殊的沉箱设备浮动船坞是有利可图的。

方法2：“由三个件构建”

当涉及构建少量单元，诸如用于港口或工业的原型机或近岸供电设施，并且投资非常昂贵的沉箱设备船坞是不合理的，它可以使用现有的较小尺寸的沉箱三件式建造。

方法1

第一种方法用于大规模生产，由四个块组成：

1. 一件式构建结构

2. 安装支承上部结构(通常是风力涡轮)

3. 调试适应于实施条件

4. 断开和重新浮动用于维护或拆卸

1. 一件式构建结构

当构建体积合理时，将预先构建对于平台的构建所需的尺寸的浮动船坞。

所述浮动船坞将优选地具有平台状的形状，在布局上稍微更大以节省材料，但也可以通过连结现有的浮桥而制成矩形。在所需要的面上，引导件将被固定到海床，当船坞利用水进行压载以释放结构时，所述引导件将稳定船坞(图11a)。它也可以通过使用布置在角部中的浸没塔的浮动来稳定。

构建以以下阶段实施：

- 放置下部板的加强件和进行混凝土浇筑

- 放置用于构建竖直面的滑动模板

- 对面进行混凝土浇筑，直至结构具有足够的浮力以具有安全的干舷在沉箱设备外侧继续进行混凝土浇筑

- 压载沉箱设备，直至沉箱被释放并系泊到码头，以在浮动的同时继续进行混凝土浇筑(图11b)

- 针对结构的其余部分在浮动的同时使用滑动模板浇筑混凝土(图11c)

- 一旦结构的整个支柱已经被混凝土浇筑，移除滑动模板，放置预板，并对上部板进行混凝土浇筑

该系统允许非常有效的构建，能够在一周内实施这一过程，使完全完成的结构已经浮动。

2. 安装支承上部结构(通常是风力涡轮)。

针对风力塔架、变电站或支承平台的建筑的安装，遵循以下步骤：

- 将上部结构(风力塔架)36插入到已形成的中心间隙中(图21)。这是一个重要的创新，因为它涉及到取代通常通过大型法兰实施的塔架的通常连结，该法兰旋拧到嵌入在平台的壁中的螺栓笼。该连结是高度复杂的，要求很高的构建精度，而且此外，它在该区域中产生显著的应力集中。另一方面，该解决方案非常简单，需要少得多的限制公差，并且在不集中的情况下分配载荷。

- 对在两者之间留下的空间37进行灌浆(图22)。该步骤类似于通常实施用于连结单桩(monopile)和过渡件的步骤，但现在用于轴与平台的连结中，该步骤允许两个元件之间的整体连结。

3. 调试

该过程由以下阶段组成：

- 通过三艘拖船拖曳和定位平台。平台利用一艘或两艘牵拉其的常规拖船移动，并且第三艘拖船留在后方，以避免在移置期间可能出现的侧漂移。随后，同样的三艘拖船将允许联接到先前安装的系泊件并将平台定位在其服务位置中。

- 通过已安装的泵利用水进行压载

压载系统将根据有关海事结构的类型和形状而变化，但它总是由类似于图23中示出的元件构成：

外部水入口38

分配环39

用于单格压载的具有阀的管道30

泵40

用于主动压载系统的管道41

可调整空气出口42

用于下部水连接的滑动闸门43

通过泵40从入口38以及通过分配环39和具有阀的管道30从外侧引入水来实施压载；填充中心单格，以便当压力与外侧相同时，布置在下部板中的间隙可以通过滑动闸门或类似物43容易地打开(图23)。

调试方法如下：

- 填充中心单格，直至内部水平面等于海平面。

- 打开下部闸门，从而连接中心单格与海洋。还存在本发明的另一种可能的构造方案，其中中心单格不连接到外侧，使得平台将在下部板中不具有间隙，并且因此这一点和下一点将被省略。

- 调整上部空气出口，该上部空气出口被需要以实现适应于波浪的气动阻尼。

- 略微填充位于基部44顶点处的单格(图29)，用于由管道41(图23)进行的可变压载系统的操作。

- 连接先前预安装的系泊绳索(即插即用)。本发明的最重要的特征之一是其易于调试和移除，因为其仅利用海水进行压载。此外，系泊绳索可以仅借助于常规拖船容易地连接和断开。这允许在必要时将平台带回港口。

- 电连接(即插即用)。以同样的方式，电力线可以通过水下电连接枢纽来连接和断开，该水下电连接枢纽也预安装以使其能够解除联接。

4. 断开用于维护或拆卸

该过程由以下阶段组成：

- 通过三艘拖船固定平台；

- 电气断开和固定用于随后使用；

- 断开系泊绳索和固定用于随后使用；

- 关闭下部板中的间隙；

- 通过安装的泵或通过压缩空气的注入来从单格排空压载水，这导致结构重新浮动；

- 将结构拖曳到港口。

方法2

第二种方法允许生产少量单元，其是类似于前一种方法的过程，区别在于，基部由三个单独的件构建，所述三个件随后通过对上部板和下部板的一部分进行混凝土浇筑，如有必要通过连结螺栓整体连接。

该方法需要三个特定过程：

1. 构建构成结构的元件

2. 准备结构用于结构的随后组装

3. 组装先前元件

上部结构(风力涡轮)的组装、调试和断开将与方法1相同。

1. 构建构成结构的元件

如以上描述的那样，当构建必须支承建筑、设施或12或15Mw风力涡轮的现有平台中的任何时，遇到的最大困难是它们具有巨大的尺寸(直径约50m)和需要支承的主要动作。

专业造船厂和港口目前拥有可用于这些目的的手段，诸如：

- 同步升降机(Syncrolift)和下水坡道：它们将允许在码头上建造平台并利用铁路系统、spmt拖车或超大型起重机运输到下水区域，在那里它们可以浮动。它是复杂的构建系统，但它是由现有的解决方案提出的。事实是，这些手段都不是利用50m的最大宽度构建的，而这正是所需要的。

- 干船坞：原则上，这是解决问题的最简单的系统，但目前很少存在具有所需要的尺寸的干船坞。因此，有必要在港口区域实施大规模挖掘，并提供一系列闸门和防水件，这将产生高昂的额外成本。

在任何情况下，这些手段都是非常稀缺和昂贵的，从而当在涉及到大型实施的最后期限时产生瓶颈。

因此，为了其制造，目前有必要预先构建特定的设施，其允许实施工作并允许在非常高吨位的情况下的运输和浮动系统。这导致了对每个单元的成本的影响，这可以在大型风电场中得到补偿，但在涉及到制造少量平台时永远不会得到补偿。

如所解释的那样，针对混凝土浇筑解决方案，理想的构建形式将是港口沉箱构建技术(使用“沉箱设备”)，但存在不“适合”现有的浮动船坞中的任何的显著的问题。

出于这个原因，本发明提出将平台分解成若干元件，它们是水密的、耐久的和自支承的，并且可以在用于构建沉箱而存在的许多可转移的浮动船坞中构建。

针对先前限定的沉箱的构建，将通过使用浮动船坞来使用港口沉箱系统。构建也可以在干船坞或码头上的平台上实施，该平台将随后浮动，但在所有情况下，混凝土浇筑将使用滑动模板系统实施(它可以利用预制的平板件构建，并且随后对连结部进行混凝土浇筑，但只有在没有其它手段可用的情况下)。

“沉箱设备”浮动船坞具有完美设计的基础设施，其通过液压千斤顶系统升起模板，使得它具有如下极好的优点：除了能够压紧混凝土并确保其与前一层在完美的条件下连结之外，还能够将混凝土以小层放置在模板中，从而移除混凝土连结部。此外，沉箱一旦已经构建，它就会以稳定的方式浮动(图12)，这是非常重要的操作优点。

这在建造的结构中产生很强的坚固性和整体性(这使它对于经受波浪和风的击打是理想的)以及对来自船舶或冰山的意外撞击的强大抗性。另一方面，在目前市场上设计的浮动混凝土平台解决方案中，为了实现与沉箱设备的性能稍微类似的性能，使用预制元件，其连结部容易故障，并且因此具有低得多的抗性。

2. 准备结构用于结构的随后组装

构成结构的模块中的每个都必须为它们之间的随后连接进行准备。为此，必须留下对于引入将它们整体连结的线缆必需的侧孔22(图13)和嵌入护套21。护套和孔的位置和数量在每种情况下将取决于由于上部结构和它所位于的环境条件而引起的应力。侧连结孔的位置已经设置在加强件的布置结构中，但在面上仅留下约5cm的凹部，该凹部用作侧连结孔的位置的指示。在该切口内侧，当沉箱在其端部处通过线缆牢固连结时，将随后进行穿孔，并利用灌浆完全填充面之间保留的间隙(在之后将解释该过程)。最后，将引入销，实现整体连结。

在某些情况下，如有必要，在下部板或侧壁内侧也可以布置一系列护套用于引入后张紧线缆。

如图13中可以看到的那样，在下部板的内部边缘上和在连结区域的外部带上布置有防水连结部23，其允许沉箱之间的连结被密封。在沉箱的上部部分中和在下部圆形区域中，将留下所需要的加强件的筋24，以便之后当对上部板和下部板的小圆进行混凝土浇筑时，在沉箱之间产生整体连结。

在下部板中，在中心单格下方的区域中，将留下直径约两米的圆形开口，这将允许水通到内侧。

为此，在下部板上，在进行混凝土浇筑之前，将布置空心的、优选钢制的柱体25(图14)，该柱体将从其上部面充分突出，以便可以之后联接关闭所述水通路的某种类型的封闭件26。

该封闭件必须经受存在于下部面上的静水压力，并且该压力将始终小于两巴，对于不是很厚的片材来说完全可以承受。这意味着可以使用许多不同类型的封闭件、盖、闸门、蝶阀等。

简单的解决方案是诸如在图14中呈现的垂直吊升闸门，它可以由小型液压千斤顶远程促动，以简化其操作。

3. 组装沉箱

组装方法的目标是以可靠且安全的方式实施操作，从而确保结构在任何时候的稳定性，并保证所产生的结构的坚固性和整体性。

该过程由以下阶段组成：

- 在连结沉箱之前将沉箱矫直(以将沉箱保持在水平位置)。其包括在沉箱的一些单格中填充以一定少量的水，以便沉箱完全水平地浮动。

- 利用拖船接近其连结位置。每个沉箱都系泊到拖船，该拖船将使它们定位直至彼此相隔较短距离，面向它们将连结的面。此时，一些线缆被插入通过位于端部处的护套中，这样使得当它们由每艘拖船拉动时，它们就会更紧密地结合在一起(图15)。

- 通过张紧线缆进行最后的接近和连接。当沉箱已处于其连结位置中时，沉箱在切割并与拖船断开之前通过千斤顶将相继紧固。

- 对位于沉箱之间的腔室进行规则化灌浆27(图16)，所述腔室在安装在待连结的面的侧边缘和下边缘上的防水带23(图13)之间形成。

- 在布置的切口中钻孔22(图13)，并将销28插入在所制作的孔中(图17)。由于在沉箱27之间形成的腔室已经以灌浆完全填充，因此将不会存在水通过间隙进入的问题，并且沉箱之间的支承是完全规则化的。

- 对圆形下部板29进行混凝土浇筑(图18)。这一步非常重要，因为它产生三个沉箱的下部连结，这将给结构提供极好的整体性，并将用作风力涡轮塔架的支承。在某些情况下，如有必要，该连结可以利用后张紧线缆来补充，其进一步加强下部板的连结并为其提供连续性。

- 安装用于填充和排空单格的内部管道30(图19)。它们将允许利用海水进行压载和卸压载用于对其进行调试，以及用于在紧急情况下移除水。

- 将预板31定位在沉箱上部部分中，并且放置用于空气出口管道32和压载水33的通路的储备(图20)

- 放置用于系泊绳索的锚定件34(图20)

- 对上部板进行混凝土浇筑35(图20)。为此，将提供周边模板来覆盖其边缘，它被固定到外部面的上部部分。另一种选择是，在沉箱设备本身中，将外部面增加到板的边缘高度，以便外部面又用作用于其的模板。

10MW风力涡轮安装示例

针对10MW风力涡轮的安装，优选的构造方案是由具有6个边的多边形基部构成，其中3个边长度为7A且3个边长度为1A，它们形成在顶点处截平的三角形和20m的支柱，其具有以下特征：

- 尺寸：65.60m长度

56.80m最大宽度

- 当沉箱制作成三个部分时每个沉箱的尺寸：

61.90m长度

18.20m最大宽度

- 基部高度(H)：20.00m

- 最大外部跨距(A/2)：4.10m

- 外部面厚度(E2)：0.50m

- 内部面厚度(E1)：0.25m

- 下部板厚度(LI)：0.50m

- 起伏板宽度(T)：2.20m

- 上部板厚度(LS)：0.80m

- 每个沉箱重量：8243t

- 结构总重量：28460t。

本发明的优点

所提出的构建、组装和调试方法与执行相同功能的其它系统相比具有很大的优点：

1. 本发明提出了一种在沉箱设备浮动船坞中的可行解决方案，该解决方案除了在过程结束时使其浮动之外，还允许快速且简单地实施该结构。

2. 能够将混凝土以小层放置在模板中，此外能够将混凝土压紧并确保其与上一层在完美的条件下连结，使沉箱在没有混凝土连结部的情况下整体化。这使它成为对水的击打和意外撞击具有高抗性的结构。

3. 沉箱设备结构的制造是具有良好验证的物流的高度测试技术。能够在仅10天内制造20000t零件。所有这些都意味着在创纪录的时间内的高质量实施。

4. 由于构建容易、成本低和尺寸及其产生的重量大，该构建系统允许建造支承目前设计的最大风力涡轮(10MW、12MW或更高)的平台。

5. 上部结构(通常是风力塔架)不是经由具有支承该区域中的所有扭转的螺栓的板连结到平台，而是经由简单的连结遍及结构分配扭转，从而避免应力集中。

6. 结构的外部跨距大约为四米，壁厚度为50cm，使得在相同结构上可能发生的弯曲非常小。

7. 由系泊绳索施加在结构上的力由三个大的径向面直接吸收和分配，所述面加固了结构，因此不影响其它面上的应力。所有这些都导致了低加强和应力最小化。

8. 由于在几乎没有加强的混凝土中的低应力和集中，维护几乎为零。开裂非常小，因为由于其结构类型，混凝土大多是受压缩的，即使在其它解决方案中它是应变的。所产生的结构的使用寿命可以超过50年，并且可以允许风力涡轮在20-25年后被替换为另一个更强大的风力涡轮。

9. 结构在港口完全构建和组装，包括上部结构(通常是风力涡轮)，并且其通过常规拖船通过浮动移动到其工作位置。该结构的低吃水允许其在几乎任何接近于实施的常规港口中实施。

10. 结构的锚定过程只通过利用海水压载其单格来实施，而不需要任何额外的手段或辅助船只。

11. 由于其非常大的恢复转矩和因此最小的操作倾斜，涡轮的能量生产保证始终处于满负荷运行而不会当风改变时减少地实施压载转移(如在几乎所有其它现有解决方案的情况下都出现的那样)。

12. 所有受到日常维护的设施都位于平台的甲板上(没有浸没的装备或金属结构)，这意味着任务大大地简化。

13. 因为它仅利用水进行压载，所以它能够容易地排空，用于转移回港口和进行更复杂的维护(岸上)。此外，它具有用于系泊和电连接的“即插即用”系统，使得该过程可以非常灵活地进行。

14. 使用沉箱设备的构建系统是用于构建风力和港口基础设施的最环境友好的系统，与传统技术相比，在污染物质上显著减少。它是不会制造影响海洋哺乳动物的噪音的基础系统，并且它可以在几乎所有类型的海床上进行，而不会改变它们。它要求较低的原材料资源消耗，根据每个主体的特征，可以导致50%的节约。

15. 与其它类似金属结构相比，在所提出的方法的情况下所需要的低加强和其快速实施代表了高于50%的成本降低。

16. 所使用的构建系统即使在生产少量单元时也能产生同样的节约，不像目前的解决方案那样，因为它们需要大量的基础设施，其成本必须在大型生产中分配，所以只有在大型生产中才会产生节约。

在本文中，“包括”一词及其变体(诸如“包含”等)不应理解为非排他性的意义，即它们不排除所描述的内容包括其它要素、步骤等的可能性。

此外，本发明不限于本文中描述的特定实施例，而是包括例如本领域技术人员可以在可以从权利要求中推断出的范围内做出的变化。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于支承风力涡轮塔架(1)的结构(2)，所述结构设置有用于将所述塔架(1)的底部安置在其中壳体(7)、在平台(2)上限定的主轴线(Γ)，当所述塔架(1)安置在所述壳体(7)中时，所述主轴线与所述塔架(1)的主轴线重合，其特征在于，其包括沿着所述主轴线(Γ)方向具有恒定横截面的主体，在所述主体中限定以下内容：

- 内部壁(8)，其限定用于将所述塔架(1)的底部安置在其中的所述壳体(7)；

- 外部壁(9)，其限定所述主体的外周边；

- 中间壁(10)，其布置在所述内部壁(8)和所述外部壁(9)之间；

所述内部壁(8)和所述中间壁(10)由垂直于所述内部壁(8)的内部径向肋(11)连结，所述内部径向肋(11)的平面通过所述主轴线(Γ)，使得在所述中间壁(10)处，第一连结节点(12)限定在所述中间壁(10)和径向肋(11)之间；

所述中间壁(10)和所述外部壁(9)由网状肋(14和15)连结，所述网状肋根据垂直于所述主轴线(Γ)的平面的横截面为网状结构(13)，使得第一网状肋(14)从所述第一连结节点(12)垂直于所述外部壁(9)延伸，并且第二网状肋(15)相对于所述第一网状肋(14)从第一连结节点(12)斜向延伸到所述外部壁(9)，第二连结节点(16)限定在所述外部壁(9)上，其中，所述外部壁(9)和成对的第二网状肋(15)交汇；

其中，所述壁和肋由混凝土制成；

所述壳体是用于通过在所述塔架的底部和所述壳体之间插入灌浆而将所述塔架的底部安置在其中的壳体。

2.根据权利要求1所述的结构，其包括n个相同的主体(3)，每个主体由以下内容界定：

- 至少两个由内部径向肋和第一网状肋构成的连结壁(19)，所述连结壁(19)旨在附接到所述邻接主体(3)的连结壁(19)，所述两个径向壁形成角度α=360/n；和

- 中心壁(8bis)，使得所述中心壁(8bis)构成所述内部壁(8)的第n部分；

- 外部壁(9bis)

- 邻接主体(3)之间的连结器件，优选地螺栓和灌浆。

3.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述网状结构属于具有立柱的沃伦型。

4.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，成对的第二网状肋(15)之间的所述角度为60°，从而构造由所述第一网状肋(14)划分的等边三角形(13和20)的网格。

5.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，每对第二节点(16)之间的距离(A)包括在6和14米之间，并且其中，所述结构(2)的边测量为所述距离(A)的1至10倍。

6.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，限定了以下内容：

- 内部单格(17)，其是由至少一个内部壁区段、两个径向肋(11)和一个中间壁区段(10)形成的单格；以及

- 外围单格(18)是所有非内部单格的其它单格。

7.根据权利要求6所述的结构，其中，一些外围单格能够上升到所述基部的甲板上方，从而形成塔(55)。

8.根据权利要求6所述的结构和依赖于它的结构，其中，所述成组的内部单格(17)在其之间设置有液压连通系统，所述液压连通系统包括用于排空和填充的装置，所述装置允许调节液位，用于其锚定和用于重新浮动两者。

9.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，每个主体在其下部部分处由垂直于所述主轴线(Γ)的下部板(4)关闭，所述结构(2)包括上部板(6)，所述上部板设置有用于所述塔(1)的底部的开口(50)，所述上部板覆盖至少一个主体(3)。

10.根据权利要求6所述的结构和任何依赖于它的结构，其中，所述内部单格(17)中的一些包括上部开口(51)和下部开口(52)，使得它们形成气动阻尼系统，所述气动阻尼系统通过限制从所述内部单格(17)的空气的入口和出口，允许所述内部单格(17)的水平相对于海平面移位。

11.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，壳体(7)是柱形的。

12.根据权利要求9所述的结构和任何依赖于它的结构，其中，所述下部板(4)从相应的所述外部壁(9)横向突出，从而构造阻尼突片(53)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述板由混凝土浇筑制成。

14.根据权利要求2所述的结构和任何依赖于它的结构，其中，连结壁(19)之间的空间(19)以灌浆(低收缩流体砂浆)填充。

15.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述平台具有圆形布局，其中，周边三角形类似于等边三角形，具有呈圆弧形状的外部边和内部边。

16.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，三个附加的较小圆形单格被布置、均匀分配并且相对于所述中心圆形单格和在它们之间以统一的间隔定位，以便能够容纳所述上部结构的其它支承件。

17.一种用于通过浮动船坞构建根据权利要求6或7所述的结构的方法，其由以下阶段组成：

- 构建具有足够尺寸的浮动船坞用于构建平台；

- 放置所述下部板的加强件并在所述浮动船坞的基部上进行混凝土浇筑；

- 放置滑动模板用于构建所述竖直面；

- 对所述面进行混凝土浇筑，直至所述结构具有足够的浮力以具有安全的干舷在沉箱设备外继续进行混凝土浇筑；

- 压载所述沉箱设备，直至所述沉箱释放并系泊到所述码头，以在浮动时继续进行混凝土浇筑；

- 一旦所述结构的整个支柱已经进行了混凝土浇筑，就移除所述滑动模板，放置预板，并对所述上部板进行混凝土浇筑。

18.一种用于通过浮动船坞构建根据权利要求2、6或7所述的结构的方法，其由以下阶段组成：

- 在所述浮动船坞上构建所述沉箱；

- 准备所述结构用于所述结构的随后组装；

- 制造凹槽用于指示可能的穿孔的位置以便插入销；

- 在护套中插入线缆用于将所述沉箱更紧密地带到一起；

- 布置防水连结部(23)；

- 在所述下部板的间隙中布置闸门(26)；

- 组装由三个件构成的结构，其包括以下阶段：

- 在连结所述沉箱之前将所述沉箱矫直(以将所述沉箱保持在水平位置)；

- 利用拖船接近其所述连结位置；

- 通过先前插入在所述端部的护套中的线缆进行最后的接近和连接；

- 对位于沉箱之间的所述腔室进行规则化灌浆(27)；

- 在布置的切口(22)中钻孔，并将销(28)插入在所制作的所述孔中；

- 对圆形下部板(29)进行混凝土浇筑；

- 安装用于填充和排空单格的内部管道(30)；

- 将预板(31)定位在所述沉箱的上部部分中，并且放置用于空气出口管道(32)和压载水(33)的通路的储备；

- 放置用于系泊绳索(34)的锚定件；

- 对所述上部板(35)进行混凝土浇筑。

19.一种用于在根据权利要求1至16中任一项所述的结构上组装风力涡轮轴的方法，其包括以下阶段：

- 将所述上部结构(风力塔架)(36)插入到已形成的所述中心间隙中；

- 对在两者(37)之间留下的所述空间进行灌浆。

20.一种用于调试根据权利要求1至16中任一项所述的结构的方法，其由以下阶段组成：

- 通过三艘拖船拖曳和定位所述平台；

- 通过已安装的泵利用水进行压载；

- 填充中心单格，直至所述内部水平面与海平面相等；

- 可选地：

· 打开下部闸门，从而连结所述中心单格与海洋；

· 调整所述上部空气出口，所述上部空气出口被需要以实现适应于波浪的气动阻尼；

- 略微填充位于所述基部(44)的顶点处的所述单格，用于由所述管道(41)进行的所述可变压载系统的所述操作；

- 连接先前预安装的系泊绳索；

- 电连接。

21.一种用于卸载根据权利要求1至16中任一项所述的结构的方法，其由以下阶段组成：

- 通过三艘拖船固定所述平台；

- 电气断开和固定用于随后使用；

- 断开系泊绳索和固定用于随后使用；

- 关闭所述下部板中的所述间隙；

- 通过所述安装的泵或通过压缩空气的注入来从所述单格排空所述压载水，这导致所述结构重新浮动；

- 将所述结构拖曳到港口。

22.一种用于构建根据权利要求1或2的结构的方法，其在干船坞上或在固定平台上使用预制元件或利用滑动模板进行，该方法由类似于权利要求17的方法组成，但在这种情况下是在坚实的地面上而不是在浮动船坞上进行的。

23.一种用于构建根据权利要求1或2的结构的方法，其在干船坞上或在固定平台上使用预制元件或利用滑动模板进行，该方法由类似于权利要求18的方法组成，但在这种情况下是在坚实的地面上而不是在浮动船坞上进行的。

Claims

- 外部壁(9)，其限定所述主体的外周边；

- 中间壁(10)，其布置在所述内部壁(8)和所述外部壁(9)之间；

所述中间壁(10)和所述外部壁(9)由网状肋(14和15)连结，所述网状肋根据垂直于所述主轴线(Γ)的平面的横截面为网状结构(13)，使得第一网状肋(14)从所述第一连结节点(12)垂直于所述外部壁(9)延伸，并且第二网状肋(15)相对于所述第一网状肋(14)从第一连结节点(12)斜向延伸到所述外部壁(9)，第二连结节点(16)限定在所述外部壁(9)上，其中，所述外部壁(9)和成对的第二网状肋(15)交汇。

- 中心壁(8bis)，使得所述中心壁(8bis)构成所述内部壁(8)的第n部分；和

- 外部壁(9bis)。

- 外围单格(18)是所有非内部单格的其它单格。

8.根据权利要求6所述的结构和任何依赖于它的结构，其中，所述成组的内部单格(17)在其之间设置有液压连通系统，所述液压连通系统包括用于排空和填充的装置，所述装置允许调节液位，用于其锚定和用于重新浮动两者。

13.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述壁、板和肋由混凝土浇筑制成。

16.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，三个附加的较小圆形单格被布置、均匀分配，以便能够容纳所述上部结构的其它支承件。

- 构建具有足够尺寸的浮动船坞用于构建平台

- 放置所述下部板的加强件并在所述浮动船坞的基部上进行混凝土浇筑

- 放置滑动模板用于构建所述竖直面

- 对所述面进行混凝土浇筑，直至所述结构具有足够的浮力以具有安全的干舷在沉箱设备外继续进行混凝土浇筑

- 压载所述沉箱设备，直至所述沉箱释放并系泊到所述码头，以在浮动时继续进行混凝土浇筑

- 在所述浮动船坞上构建所述沉箱

- 准备所述结构用于所述结构的随后组装

- 制造凹槽用于指示可能的穿孔的位置以便插入销

- 在护套中插入线缆用于将所述沉箱更紧密地带到一起

- 布置防水连结部(23)

- 在所述下部板的间隙中布置闸门(26)

- 组装由三个件构成的结构，其包括以下阶段：

- 在连结所述沉箱之前将所述沉箱矫直(以将所述沉箱保持在水平位置)

- 利用拖船接近其所述连结位置

- 通过先前插入在所述端部的护套中的线缆进行最后的接近和连接

- 对位于沉箱之间的所述腔室进行规则化灌浆(27)

- 在布置的切口(22)中钻孔，并将销(28)插入在所制作的所述孔中

- 对圆形下部板(29)进行混凝土浇筑

- 安装用于填充和排空单格的内部管道(30)

- 将预板(31)定位在所述沉箱的上部部分中，并且放置用于空气出口管道(32)和压载水(33)的通路的储备

- 放置用于系泊绳索(34)的锚定件

- 对所述上部板(35)进行混凝土浇筑。

19.一种用于在结构上组装风力涡轮轴的方法，其包括以下阶段：

- 将所述上部结构(风力塔架)(36)插入到已形成的所述中心间隙中

- 对在两者(37)之间留下的所述空间进行灌浆。

20.一种用于调试结构的方法，其由以下阶段组成：

- 通过三艘拖船拖曳和定位所述平台

- 通过已安装的泵利用水进行压载

- 填充中心单格，直至所述内部水平面与海平面相等；

- 打开下部闸门，从而连结所述中心单格与海洋；

还存在本发明的另一种可能的构造方案，其中中心单格不连接到外侧，使得平台将在下板中不具有间隙，并且因此这一点和下一点将被省略；

- 调整所述上部空气出口，所述上部空气出口被需要以实现适应于波浪的气动阻尼；

- 略微填充位于所述基部(44)的顶点处的所述单格，用于由所述管道(41)进行的所述可变压载系统的所述操作

- 连接先前预安装的系泊绳索

- 电连接。

21.一种用于卸载结构的方法，其由以下阶段组成：

- 通过三艘拖船固定所述平台；

- 电气断开和固定用于随后使用；

- 断开系泊绳索和固定用于随后使用；

此外，将必须

- 关闭所述下部板中的所述间隙；

- 将所述结构拖曳到港口。

22.一种用于构建根据权利要求1或2的结构的方法，其在干船坞上或在固定平台上使用预制元件或利用滑动模板进行，该方法由类似于权利要求17或权利要求18的方法组成，但在这种情况下是在坚实的地面上而不是在浮动船坞上进行的。